【航空航天】隱形飛機的更堅韌復合材料蒙皮
一名隱形戰斗機飛行員需要嚴格的訓練和測試,需要高超的技能,其培訓費用高達1000萬美元,這使其成為美國空軍飛行員取得的高成就之一。這就是為什么Chengying “Cheryl” Xu和她在北卡羅來納州立大學的團隊一直在為隱形戰斗機開發一種更可靠、更耐用、更高效的新蒙皮。
“我們必須確保飛行員的生命安全,”北卡羅萊納州立大學機械與航天工程副教授Cheryl Xu說。“如果飛機被擊落,那就是一個悲劇。”
目前,B-2 Spirit或F-117夜鷹等隱形戰機都被涂有一層雷達吸收復合材料(RAM),這種材料的設計目的是將傳入的電磁波轉換成熱量。有不同類型的RAM技術適用于不同的條件。有些在較高頻率下表現佳,而有些在較低頻率下表現佳。但是,沒有一種RAM技術能夠改變所有雷達頻率。此外,RAM不能承受250攝氏度以上的溫度;它太脆弱了。熱量、鹽分、水氣和摩擦會使RAM失去其完整性。因此,飛機必須以特定的方式設計保護RAM,以防在機動性、速度和飛行時間方面造成問題。
Xu正在開發的碳纖維增強的復合材料聚合物蒙皮可以解決這些問題。這種混合結構有兩個階段:傳導和絕緣。聚合物衍生的碳氮化硅(SiCN)陶瓷是用氧化釔穩定的氧化鋯纖維增強,以幫助傳導入射的電磁能量。它可以承受高達1800攝氏度以上的極端高溫。該復合材料還使用重量輕且強度高的碳納米管進行了增強,使該材料特別耐用。
噴涂材料
材料的測試表明,這種材料的反射微弱,能夠吸收90%以上的入射波,而現有的RAM只能吸收70%到80%的波。這使得它盡可能不被發現。它還具有很高的抗氧化和抗腐蝕性能。
Xu說:“從根本上說,這種材料的性能或耐久性沒有任何問題。”“因此,對飛機的設計不再有任何限制。”
這種材料會像涂料一樣被噴到飛機表面,只需幾天就可以密封。Xu說,這種3毫米厚的材料理論上可以噴到飛機的所有表面,對飛機的性能幾乎沒有影響。但是,這仍然需要測試。
可擴展性測試
據Xu說,開發這種材料面臨著巨大的挑戰。大的挑戰是,這項技術在一開始并不存在。因為這種材料是導電的,她的團隊不得不建造自己的設備來在高溫條件下測試這種材料。
該團隊已經取得了很大的進展,Xu很高興從空軍科學研究辦公室獲得了資金,以進行材料的測試和追求材料的可擴展性。
“從餐巾紙上的便條到現在,我們花了很長時間才走到這一步,”Xu說。“我們非常自豪能夠達到這一里程碑。”
這種材料還有一系列其他可能的應用,包括潛艇、航母、彈道導彈等。現在,挑戰將是尋找行業合作伙伴幫助他們實現這一目標,包括波音、洛克希德馬丁、雷神和諾斯羅普格魯曼。隱形技術有很大的市場效益,預計年增長率超過6%。
Xu的團隊將在接下來的兩年時間里開發一種終產品,這種產品有一天可能會改變軍隊執行任務的方式。










































